双丝杠驱动直线导轨进给单元轴向刚度与有限元模态分析

双丝杠驱动直线导轨进给单元具有良好的抗振性、高系统刚度以及快速系统响应性等优点,能够有效地抑制数控机床在高速和高加减速情况下产生的振动,因此其在高速和高精类数控机床中的应用日益广泛。基于动力学相关理论,对双丝杠驱动直线导轨进给单元进行了轴向刚度建模,并基于Hertz接触理论推导了各部分的刚度计算公式;以实例计算获得了其各部分刚度的比例关系,找到了影响双丝杠驱动直线导轨进给单元的主要影响因素,获得了螺母位置与进给单元轴向刚度的关系曲线;对采用两端固定支承方式的双丝杠驱动直线导轨进给单元进行了有限元模态分析,得到了螺母处于不同位置处的固有频率和模态振型。结果表明:螺母位置是双丝杠驱动直线导轨进给单元轴向刚度的主要影响因素,当螺母位于丝杠两固定端时的各阶固有频率明显高于螺母位于丝杠中间位置时的各阶固有频率,螺母在中间位置处刚度达到最小,在实际加工过程中要尽量避免在中间位置处进行加工。     

磁悬浮直线进给单元工作台模态分析

磁悬浮直线进给单元是一种新型的机床功能部件,振动问题是其结构设计中所面临的问题之一,它会造成机床的加工误差,影响零件的加工精度和表面质量。建立了进给单元工作台的三维有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS对工作台初始模型进行模态分析,求得其固有频率和振型,并据此改进工作台的结构,以便在设计阶段预测工作台的性能,并为工作台的结构优化提供理论依据。     

丝杠驱动进给系统径向刚度和阻尼辨识

丝杠驱动进给系统的径向振动特性直接影响机床加工精度和可靠性,其径向振动特性主要受到轴承、螺母和导轨的径向刚度、阻尼的影响。当前,各部件之间的结合面参数辨识方法还不成熟,因此,文中基于Timoshenko梁的传递矩阵法预测进给系统频响函数,并利用改进的粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization)最小化理论和实验结果,辨识轴承、螺母和导轨的径向刚度、阻尼。比较结果发现,预测和实验结果一致性较好,表明文中提出的辨识方法能够有效辨识进给系统结合面参数。     

超精密滚珠丝杠进给系统谐响应的有限元分析

以超精密滚珠丝杠进给系统试验台为研究对象,使用有限元法对其进给系统的工作台受到轴向正弦力载荷时系统的谐响应进行了分析.由于目前传统的滚珠丝杠进给系统有限元模型不能准确的分析电机轴输出端的转矩动载荷对进给系统产生的谐响应,据此提出了一种新的进给系统有限元模型,保证了其谐响应分析的准确性.并根据分析结果可知,在超精密滚珠丝杠进给系统中,电机轴输出端的转矩动载荷会对进给系统的定位精度产生不可忽视的影响.     

激光熔覆滚珠丝杠进给系统热特性有限元分析

伴随着激光快速成型技术的快速发展,在精密加工过程中,研究进给系统的热特性能够确保加工产品的表面质量。文章以激光熔覆进给系统的滚珠丝杠为研究对象,在ANSYS中使用的移动热源模拟实际过程中的摩擦热,结合外界环境的温升过程,激光热源和空气对流的影响,对滚珠丝杠做了间接热—结构耦合分析,得出了在不同时刻下的温度场分布和热变形。结果表明滚珠丝杠在加工过程中所受温度和应力做相似的变化,即滚珠丝杠的温度和应力变化都呈现出波浪式上升的规律。     

基于滚珠丝杠传动的机床进给系统建模与分析

为了研究机床进给系统的动态特性,提升摩擦力影响下的运动控制效果,建立机床进给系统动力学模型与机电耦合仿真模型。定义基于赫兹接触理论与吉村允效法的部件结合部刚度,通过控制变量法分析进给系统一阶固有频率的影响因素,利用有限元软件对动力学模型进行验证,解释误差出现的原因。并利用PID控制加前馈控制对比分析有无摩擦补偿下的运动控制效果。结果表明：工作台质量和位置以及丝杠螺母副刚度变化对进给系统一阶固有频率影响显著;加入的前馈补偿能够有效消除因黏性摩擦产生的“平顶”、“死区”不良现象。     

机床丝杠进给系统有限元热分析的热边界条件修正方法

符合实际的热边界条件是机床有限元热分析获得准确结果的关键.以龙门加工中心X向丝杠进给系统为例,提出了一种基于实验数据的热边界条件修正方法.该方法利用Workbench多目标优化模块,以热边界条件为变量,以实验测量得到的丝杠上各点的温度值为目标,对计算得到的热边界条件进行修正.然后,在ANSYS经典环境中,以移动热源的形式施加修正后的边界条件,得出丝杠进给系统的瞬态温度场.最后,从有限元分析结果与实验结果的对比可以看出,该方法具有较高的准确性和实用价值.     

直接驱动型磁悬浮直线进给单元

介绍一种机床功能部件——直接驱动型磁悬浮直线进给单元的原理与特点,该功能部件由直线电动机提供驱动力,由磁悬浮导轨导向和承载工作台,可满足数控机床高速化、精密化要求。并简述其研究现状和分析其关键技术问题。     

滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与时变动态特性分析

数控机床运行过程中,多轴滚珠丝杠进给系统的刚度和惯量会随着各轴位姿的变化而变化,致使其动态特性呈时变的特点。多轴滚珠丝杠进给系统时变动态特性的高保真建模与分析已成为数控机床轮廓误差精准预测的瓶颈难题之一。针对这一难题,提出基于拉格朗日方程与Ritz级数法的滚珠丝杠进给系统刚柔耦合动力学建模与分析方法。以某型号五轴加工中心的两轴滚珠丝杠进给系统为具体对象,重点考虑丝杠本体轴扭方向的连续弹性体变形影响,采用拉格朗日方程建立滚珠丝杠进给系统的刚柔耦合动力学模型,并采用Ritz级数法对方程求解,得到动力学模型的数值解。利用所建立的动力学模型分析进给轴位姿对两轴进给系统固有频率和模态振型的影响,发现各阶固有频率和模态振型随进给轴位姿的变化规律与对应阶次的主导轴有关。随着主导轴进给台由固定端移动至支撑端,对应阶次的固有频率逐渐减小,对应阶次的振型中丝杠本体的弹性振动幅值逐渐增大。此外,两轴进给系统的低阶模态振型主要由承载轴主导,高阶模态振型主要由附属于承载轴的子轴主导。最后,通过模态实验对所提方法进行应用验证,证明所建立动力学模型的准确性。研究结果对数控机床轮廓误差的精准预测具有重要参考价值。     

双丝杠同步控制误差建模与仿真分析北大核心

为解决双丝杠进给系统同步控制误差过大的问题,建立了双丝杠进给系统的机电耦合仿真模型,并基于模糊控制与滑模控制理论,设计了单轴模糊滑模跟踪控制器,以减小滑模控制产生的抖振现象,同时提高单轴跟踪精度以及响应速度;为解决双丝杠运行时存在的参数不匹配和耦合问题,采用模糊PID交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制,以提高两轴同步性,减小同步误差;最后进行了MATLAB/Simulink建模与仿真分析,仿真结果表明,在理论上能够提高单丝杠的信号跟踪精度87.09%,并且减小双丝杠两轴之间的同步运动误差86.79%。     

考虑热特性的双丝杠进给系统同步误差实验与分析

为了研究双驱进给系统中双丝杠温度差异对同步误差的影响,建立进给系统有限元模型,分析其在不同进给速度下的热特性。利用温度传感器和激光干涉仪,对进给系统温度、热变形进行测量,分析双丝杠温度、同步误差与进给速度、时间的关系。结果表明:主动轴热平衡温度高于从动轴,且丝杠螺母的温度随进给速度的增加而增加。同步误差与进给速度成线性关系,有限元模型预测误差在15%以内。     

斜齿轮的参数化建模及有限元模态分析

为提高斜齿轮设计的效率,提高其工作的可靠性,避免斜齿轮在传动系统中产生共振。采用了三维造型软件Pro/E实现斜齿轮的参数化建模,采用ANSYS有限元软件对斜齿轮进行有限元模态分析,研究斜齿轮的固有振动特性,得到了斜齿轮的低阶固有振动频率和主振型。所得的结论:斜齿轮的参数化建模,提高了斜齿轮设计的效率;模态分析得到的斜齿轮的低阶固有振动频率和主振型,反映了斜齿轮的动力学性能,在齿轮系统的设计中使工作频率远离齿轮的固有频率,避免发生共振,同时也为斜齿轮系统的动态响应计算和分析奠定了基础。     

膀胱动力泵电磁驱动单元有限元仿真分析

为了研究膀胱动力泵的电磁驱动特性,建立电磁驱动单元有限元模型并进行电磁力仿真分析,分析电磁铁电流、永磁体间距、永磁体与电磁铁的夹角、永磁体数量对电磁力的影响.结果表明:增加电流和永磁体的数量,有利于提高电磁驱动单元驱动能力;合理设置永磁体间距,可降低对约束永磁体的橡胶模的性能要求.研究结果对优化电磁驱动单元的结构设计具有参考价值.     

机床进给系统滚珠丝杠轴向非线性振动分析

将机床进给系统滚珠丝杠简化为Timoshenko梁,对滚珠丝杠进行受力分析,建立滚珠丝杠的运动微分方程。采用假设模态法,对运动微分方程进行化简,得到丝杠轴向振动方程,轴向振动方程满足Duffing方程形式,轴向振动具有非线性特征。利用MATLAB对Duffing方程进行数值仿真,研究丝杠长度、激振力和阻尼系数对振动的影响,得到轴向振动的相轨迹图和截面,分析轴向振动的稳定性和周期性。相图极限环封闭,轴向振动具有两个中心型奇点分布在原点两侧,奇点对振动具有吸引作用,使系统轴向振动在奇点附近达到稳定状态,Poincare截面显示轴向振动出现混沌运动、拟周期运动或周期运动,奇点位置随振动系统参数变化,但分布情况不变化。周期性随着激振频率和阻尼系数的增大而增强。试验验证了机床滚珠丝杠进给系统轴向振动存在混沌运动。为滚珠丝杠进给系统的动态特性分析和结构参数优化提供了一定的理论基础。     

基于HyperMesh的滚珠丝杠有限元分析

滚珠丝杠的性能直接影响数控机床的质量和寿命.利用HyperMesh结构分析模块,对滚珠丝杠作了结构力学分析,其结果不仅为滚珠丝杠的结构合理性和可靠性研究提供了理论依据,也为其结构优化设计提供了参考数据.     

圆锯片的有限元模态分析

针对金属冷热锯机锯片在锯切轧件过程中出现的振动问题 ,利用 MSC/ NASTRAN有限元软件 ,计算分析了各种参数对锯片模态的影响。从而为锯片的设计及其制造工艺的确定提供了可靠的参考依据 ,为最终解决生产中的实际问题发挥了重要作用     

基于模态实验的机床进给系统的分析

基于模态分析理论,应用锤击法对机床进给系统进行了实验模态分析。研究了该机床进给系统的动态特性,获得了该机床进给系统的固有频率、阻尼比和模态振型。通过对机床进给系统各阶模态振型的分析,找到了结构的薄弱环节,并为进行机构优化设计提出了改进措施。     

NSK推出双驱动用滚珠丝杠“TW系列”

日本精工株式会社(总部:东京都品川区,总裁:朝香圣一,以下称NSK)宣布将开始全新上市双驱动用滚珠丝杠“TW系列”。该产品对实现机床的高刚性、高精度和高灵敏响应性做出贡献。随着机床向大型化、高速化、高精度化及推进同期控制技术的高度化方向发展,采用使用2根滚珠丝杠的双驱动方式的机床也逐渐增加。使用2根滚珠丝杠,可大幅度提高机床的刚性和响应性。将滚珠丝杠配置于偏离导轨中心的位置,使之产生让工作台旋转的动力。使用2根滚珠丝杠,可抑制机床的旋转振动和加减速时产生的振动。但是,如果仅仅单纯地使用2根滚珠丝杠,由于滚珠丝杠之…     

机床模态特性的有限元分析

采用了ANSYS软件对机床模态特性进行了有限元分析。在有限元模型中引入了用户自定义单元来模拟结合面的刚度。重点分析了机床固定立柱和底座结合面的刚度对机床模态的影响，为机床的下一步设计提供了参考。     

单泵驱动双液压马达系统的仿真分析

液压系统实际工作时会用一个液压泵同时给两个液压马达供油,如果两个液压马达工作时所受到的负载力不同,即系统压力不同时,液压油液会优先流经压力较小的马达,造成马达转速不能满足设计要求。为了解决这一问题,分别在两个马达支路上各安装一个调速阀,调速阀由定差减压阀和节流阀串联组成,按照仿真数值调整调速阀参数从而解决由于节流口的压力变化而引起的流量变化,即实现负载力的变化不影响调速阀的工作性能。最后通过仿真软件AMESim对该液压系统进行了建模仿真分析,验证液压系统参数变化与液压回路设计的合理性。